锅炉主蒸汽温度控制（精选8篇）
锅炉主蒸汽温度控制 第1篇
1 引起主蒸汽温度变化的各种原因及其控制难点
在锅炉正常运行过程中, 会有多种因素对锅炉的主蒸汽温度造成影响, 在这多种多样的影响因素中主要包括:在蒸汽侧有主蒸汽流量、给水温度、减温水温度、减温水流量、在烟气侧有烟气量和燃烧器的投运方式以及受热面的污染状况等, 其中烟气量主要包括总风量和燃料量。最为主要的影响因素是主蒸汽流量、烟气量和减温水流量等因素。
由于蒸汽温度控制的复杂性, 主蒸汽温度的控制一直是锅炉运行过程中的难点, 所以对这方面操作有相当严格的标准, 在运行过程中要求主蒸汽温度具有稳定性, 上下值之间在5℃的范围内浮动是正常现象。如果主蒸汽温度控制不好, 长时间的高温运行下会导致过热器损坏并且爆管, 在汽机侧还会导致汽轮机的寿命缩短, 汽缸、汽阀、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件都会受到损坏。
与温度过高相比, 主蒸汽温度过低同样会引发机组运行的安全问题, 会严重的影响到机组的循环热效率降低, 这将直接影响到锅炉的使用效率。一般汽温每降低5℃~10℃, 炉的使用效率约降低1%, 同时会引起叶片磨损, 这主要是通过汽轮机的最后几集蒸汽温度增加引起的。如果汽温变化过于剧烈, 将会引起锅炉和汽轮机等金属管材及部件的疲劳, 严重时还会引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化。温度控制对于机组的正常运行十分必要, 如果温度控制不好则会直接影响到机组的工作效率, 甚至危及机组的生产安全和人员的安全。所以对于电厂锅炉主蒸汽温度的变化控制是十分必要的, 需要有一套科学严谨的控制措施, 来保证锅炉的正常运行。
2 主汽温度的控制的主要方法
2.1 经典控制理论基础上的主汽温度控制方法
在运行状况发生较大变化的情况下, 过热汽温对象的动态特性以及模型参数将会受到明显影响。常规PID控制是目前被普遍采用的一种方法, 但是由于其自身存在的缺点和不足之处使其难以建立起精确的数学模型, 仅仅依靠PID控制, 无论PID参数如何匹配, 也很难使蒸汽温度适应各种扰动的变化。所以常规PID控制方法获得的控制效果并不是十分让人满意。针对常规PID控制的固有缺点, 研究人员提出了一系列的改进方法, 设置了相应的相位补偿, 前馈补偿控制, 分段控制等。但是, 这些措施的改进和出现, 还是没有从根本上使控制效果令人满意。究其原因, 它们无法对系统的内部动态参数进行直接有效地控制。
2.2 以现代控制理论为基础的主汽温度控制方法
现代控制理论的本质为时域法, 它从一定程度上解决了系统的可控性、可观测性和稳定性以及其他很多复杂的系统控制问题。但是, 这种控制方法在工程实现方面还是存在一定缺陷。基于现代控制理论的主汽温度控制方法主要包括状态变量控制, 预测控制, Smith预估控制, 自适应控制等。
2.3 智能控制
智能控制作为新兴的理论和技术, 是传统控制方法在理论和实践上的进一步发展和探索, 是传统控制发展到高级阶段的产物, 具有其他控制理论所不具有的独特优势。它可以用来解决控制对象参数在大范围变化的问题, 而这些问题是传统的控制方法不能够解决的。对于主汽温度控制来说, 有应用人工智能、开发专家控制系统、人工神经网络控制系统和模型控制系统等计算机科学的最新技术。
2.3.1 专家控制
专家控制系统作为一种先进的计算机程序系统, 有着大量的专业知识和经验。主要通过应用人工智能技术, 以一个或多个人类专家提供的特殊领域知识和经验为基础, 进行推理和判断, 模拟人类专家做决策的方式和程序, 解决那些需要专家决定的复杂问题。目前, 专家系统控制器通常由控制规则库、推理机、信息获取器和输出处理器等组成。
2.3.2 人工神经网络控制
神经网络的优点是很明显的, 主要包括强鲁棒性、容错性、并行处理、自学习、逼近非线性关系等特点, 主要的优势是用于解决非线性和不确定系统控制方法等各方面的问题。并且, 这种控制方式还对非线性的PID进行了改造, 采用人工神经网络与PID结合的控制方法, 使常规的PID控制器获得了令人满意的性能。单神经元模型与常规PID控制器进行了科学的整合, 形成了单神经元PID控制器, 这种控制器具有极强的自适能力。
2.3.3 模糊控制
模糊控制的突出特点是具有人工智能化, 不需要对对象过程的精确数学模型进行精确了解, 便可以对过程参数的变化具有较高的适应性。仅仅依靠模糊规则来实现汽温系统的控制是很难的, 加之模糊控制有着固有的缺点, 稳定性不高、精度不高, 这就导致模糊控制难以消除系统的稳态误差。混合型模糊PID系统将串级控制与模糊控制的优点有机地组合起来, 较好的解决了蒸汽系统中系统小的超调量与系统快速性间的矛盾。
结语
面对电厂锅炉这个复杂的控制对象, 人们一直都在不停地探索更为精准和高效的控制手段, 并且致力于寻找一种切实有效的方法, 以保证设备的使用安全性和系统稳定性。经过实践和总结, 已经从经典控制理论发展到现代控制理论, 并且又出现了智能控制方法。有许多智能的控制方法, 在理论研究上所取得的效果是良好的, 但是由于工程中实际存在的问题和缺陷, 并没有在实际生产中得到广泛的应用。所以, 大部分智能控制方法仍处于实验室仿真阶段研究, 如何使其应用到实际生产是一个重大课题。
参考文献
[1]王研凯.循环流化床锅炉主汽温度低的原因分析及处理[J].内蒙古电力技术, 2009 (6) .
[2]吕朝晖, 徐光宝, 等.浅谈提高热工测量准确性与节能工作的关系及策略[J].华北电力技术, 2009 (9) .
[3]刘茂省, 章勤, 等.某电厂锅炉主汽温度偏低问题及解决方法探讨[J].实用节能技术, 2011 (4) .
锅炉主蒸汽温度控制 第2篇
【关键词】超临界;600MW;主蒸汽温度;大型火力发电厂
Abstract：inthelargethermalpowerplant，inviewofthe600MWsupercriticalmainsteamtemperaturecontrol，alsohascertaindifficulty，thiswillbeconducivetoimprovetheworkingefficiencyofthelargethermalpowerplantboilercontrolsystem，therefore，toadjustitsanalysis，reconstructionof600MWsupercriticalboilermainsteamtemperaturecontrolmeasures，therectificationmainsteamtemperaturecontrolsystemhasapracticalsignificance.Thisarticleistoexploreunderthe600mwsupercriticalmodernlargecoal-firedpowerplantmainsteamtemperatureandadjustmentmeasures.
Keywords：supercritical;600mw;mainsteamtemperature;largethermalpowerplant
引言
基于现代化大型火力发电厂运行中，对于其600MW超临界锅炉运行控制系统，分析调整600MW超临界锅炉主蒸汽温度控制难点，并制定合理的运行调整方案，可以有效提升其自动化程度，使符合变负荷速率的调度要求，也可以提升600MW超临界的运行控制水平。以下就对此做具体介绍。
1.分析600MW超临界锅炉主蒸汽温度控制问题
在大型火力发电厂中的600MW超临界锅炉，就是锅炉在超临界参数变压运行，锅炉的超临界变压运行中，采用四角切圆燃烧力一式，额定功率为600MW，蒸汽压力为25.4/4.39MPa，蒸汽温度是571/5690C。对于其之际应用中，在600MW超临界锅炉主蒸汽温度控制中，还存在一定的控制问题，导致锅炉在使用中产生气温波动，影响使用质量[1]。在600MW超临界锅炉自动发电控制系统中，由于主蒸汽温度调度部门经常在（AGC）負荷指令中加入调频信号，频繁变动AGC负荷指令，从而主蒸汽温度出现很大的波动，影响机组控制，造成汽温波动。锅炉中问点温度修正方面存在弊端，还有就是水冷壁后墙悬吊管的金属温度，不能解决超温问题;锅炉设计中的煤质变化也不能达到有效的控制;还有就是在锅炉控制中，减温调节设备控制问题，以及在低负荷阶段给水泵再循环阀都无法得到有效的控制，从而给600MW超临界锅炉控制产生难点，影响锅炉的正常运行。
2.导致发电厂主蒸汽温度问题的原因
2.1 系统控制原因
针对反调节口标负荷的情况，负荷指令的频繁变化，导致600MW超临界锅炉机组的反应速度跟不上指令变化，从而造成锅炉汽温波动。又如在锅炉中问点温度修正控制中，由于机组控制力是基于锅炉的协调控制，温度修正控制器反向调节，导致变负荷、负荷波动，对温度控制产生难度[2]。
2.2 设计原因
由于设计原因，该还有就是由于锅炉的墙悬吊管壁易超温，限制锅炉汽温调节，报警值没能最终得到成效。还有就是由于锅炉设计煤中，煤的全水分为14.500，灰熔点是11500C，而晋北烟煤全水分10.4500，灰熔点11900C，两种不同煤质的材料掺烧时，煤质偏离原设计值[3]，就会降低炉膛内燃烧温度，炉内燃烧情况也将会偏离原设计，导致锅炉热汽温偏高以及再热器喷水量异常的情况。
2.3 低负荷控制原因
低负荷阶段，锅炉内的给水泵再循环阀控制中，若是出现故障，也将会影响锅炉控制，增加给水扰动，影响锅炉内的主汽温、再热汽温控制。在600MW超临界锅炉控制之中，减温调节设备影响汽温，燃烧器摆角、再热器减温水限制、过热器减温水调节故障，都将会影响锅炉运行控制效率。
3.优化改进600MW超临界锅炉运行控制对策
3.1 改进600MW超临界锅炉运行对策
在600MW超临界锅炉中，应该降低主汽温、再热汽温后再运行，采取降温控制措施，可以有效避免汽温超温现象。其次，就是在锅炉运行中，应该允分考虑到水分、灰熔点、灰分以及热值在锅炉内的燃烧情况，可以在兼顾煤经济的基础上，合理匹配掺烧煤质，锅炉全部灰熔点应该低于设计值，入炉煤平均低位热值大于20.5MJ/kg，并能够避免全烧高水分煤种，使掺煤后煤质可以接近设计的煤种[4]。再者，大型火力发电厂中，合理利用喷水减温调节阀于水煤比的关系，以更好的保持汽温稳定，重视过热器的减温水，严格控制水煤比，确保减温水量按锅炉负荷设计值运行，更好、更精确的控制过热汽温。还需要在600MW超临界锅炉运行中，可以依据主汽温、再热汽温以及悬吊管壁温，合理进行吹灰;大型火力发电厂加负荷前，增加过热汽温调节度，并能够在加减负荷中，启停制粉系统，减低对锅炉的扰动，参考水煤比，增加给水流量，优化提升600MW超临界锅炉的运行控制水平。
3.2 调整主蒸汽温度控制系统结构
对600MW超临界发电厂中主蒸汽温度控制中，采用分段两段调节，每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。大型火力发电厂中主蒸汽温度控制，每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量，来维持各段过热器出口的温度恒定[5]。对于过热器温度控制系统是一个中间微分调节系统;主被调节变量是一段过热器出口温度，中间为分信号是出一段减温器的蒸汽温度。主蒸汽温度控制系统包括两台温度变送器（T1与T2）、一台减分器、一台PI调节器以及电/气转换、升压型气动继动器、带阀门定位器的气动活塞式执行机构、调节阀本体等。确保系统无扰动调整时间为205s，超调量为12℃，稳态误差为0;由于减温水的压力很高，所以调节阀应选用耐高压与流通能力大的阀门。
3.3 优化锅炉内的设备控制对策
首先，在600MW超临界锅炉内，应该优化锅炉的中问点温度修正控制器，向后移动锅炉内的再热器减温、调阀温度测点，确保其可以准确反应阀后的汽温。大型火力发电厂中仪表选择中，可以应用SLZW型自力式温度调节阀，不需外界能源就可以自动调节温度，利用被调介质自身能量实现介质温度自动调节。选用FR-01系列的温度传感器，精度高、功耗低，使用环境温度范围宽，有线性化较正功能。其次，就是修改锅炉内给水泵的再循环阀开关逻辑，将大型火力发电厂中给水泵改为减负荷500t/h开，加负荷650t/h关。再者，可以在机组加减负荷过程中，提升高压调门在负荷调整中的反应速度，优化提升机、炉动作间的同步性与协调性。最后，在600MW超临界锅炉加减负荷控制时，应该考虑到主汽温控制逻辑问题，可以控制过热器温度的前馈信号。
4.结论
综上所述，通过分析大型火力发电厂600MW超临界锅炉的主蒸汽温度控制难点，总结分析600MW超临界锅炉的运行操作经验，针对主蒸汽温度问题提出调整对策，采取降低主汽温合理配煤掺烧，修改给水泵循环阀定值等方法，有效解决主蒸汽温度控制中存在的问题，提高现代化大型火力发电厂中600MW超临界锅炉内主蒸汽温度控制效率，具有实际应用价值。
参考文献
[1]王琼.超临界锅炉水动力特性对下辐射区水冷壁出口温度的影响[J].锅炉技术，2012，07（18）：41-42.
锅炉主蒸汽温度控制 第3篇
主蒸汽温度是直流锅炉运行中需要监视的一个重要参数,过高或者过低都会影响机组的安全经济运行。随着高参数、大容量机组逐步参与电网调峰,机组负荷会发生大幅变动,主蒸汽温度也将承受剧烈变化[1]。优化主蒸汽温度控制方法,提高控制精度和稳定性,能够减少爆管事故的发生,提高机组变负荷快速响应能力,对于机组长期的安全、经济运行具有重要意义。
常规主蒸汽温度控制结合前馈补偿和串级系统等策略[2],采用固定参数或分段PID构造控制器,没有完全考虑主蒸汽温度在变负荷下模型变化的影响,工况复杂时还需手工操作和监督控制,严重影响了机组的经济性和安全性,可见常规控制方法在对象模型变化时,往往达不到理想效果。而自校正控制可以不断测量系统状态,进而调节控制器参数,在解决模型不确定控制问题时具有明显优势[3]。自校正控制思想最早在1958年由Kalman提出,并于1973年由Astrom等发展形成,该方法具有较好的解决非线性、多模态、变工况控制问题的能力,因而受到广泛关注并逐步得到推广应用,如文献[4]采用了自校正模糊控制策略解决多变量非线性控制问题,文献[5]提出了基于遗传算法(GA)的自校正PID用于化工过程温度控制,仿真试验结果表明,这些控制策略均比传统方法具有更好的控制效果。
本文将自校正控制方法引入直流锅炉主蒸汽温度控制中,分别采用GA和最小方差率辨识被控对象模型参数和构造控制器,以满足变负荷下的主蒸汽温度控制要求。为了使辨识过程达到较好的收敛精度和速度,对遗传算子、种群初始化方法和概率选择方式等进行了改进,并将GA引入自校正控制系统中,设计了控制算法的运算流程。最后对某超临界直流锅炉的主蒸汽温度控制进行仿真,结果表明本文所提自校正控制方法具有较快的响应速度和较强的抗干扰能力。
1 主蒸汽温度控制系统结构
超(超)临界机组主蒸汽温度具有复杂的动态特性,影响因素包括水燃比、中间点温度和减温水量等,其中喷水减温是主蒸汽温度的直接调节方式。在减温水量扰动下的主蒸汽温度θ1有较大容积迟延,而减温器出口蒸汽温度θ2有明显导前作用,因此可以将主蒸汽温度控制系统构建为以θ1为主参数、θ2为副参数的串级回路,其结构如图1所示。其中,r为参考输入,W1(s)、W2(s)分别表示主、副回路控制器、γ1、γ2分别表示主、副回路测量变送器。
自校正控制是目前研究较为系统的一类自适应控制方法,它根据控制系统的期望输出、实际输出、控制作用和外部扰动等可测变量实时改变控制器参数,使系统高性能指标达到最优[6]。自校正控制系统结构如图2所示,自校正控制器主要包括模型参数估计器、控制器参数设计器和可变参数控制器3个部分。
将自校正控制策略引入主蒸汽温度串级系统中,采用GA在线辨识被控对象模型参数,并根据辨识结果设计控制器参数,其基本结构如图3所示。由于串级系统中包含主、副回路2个部分,因此需要同时辨识导前区和惰性区对象,并根据辨识结果优化主、副回路控制器参数,最终实现稳定控制。
2 GA的分析与改进
GA是一种全局优化搜索方法,利用随机化技术对被编码的参数空间进行高效搜索,具有简单通用、鲁棒性强和搜索效率高等优点[7],其主要内容包括编码方式、适应度函数、遗传算子、初始种群和遗传参数等。本文采用实数编码问题参数,辨识过程中采用的适应度函数为:
其中,为预测模型参数;为预测输出;y(i)为实际输出;N为数据样本总数。为提高算法的收敛速度和精度,对GA部分结构进行了改进,其改进策略如下。
2.1 遗传算子
简单GA(SGA)选择算子为比例选择,其选择概率与适应度值直接相关,体现不出优秀个体的竞争力。为了使优秀个体繁殖到下一代的概率更大,又防止因其繁殖过多而造成早熟收敛的问题,本文采用线性排序选择,其个体概率计算公式为:
其中,M为群体大小;j为降序序号;η+为最佳个体期望数,η-为最差个体期望数,η++η-=2。
交叉算子通过在下一代产生新个体来保持种群的多样性,实数编码GA的交叉方法很多,以算术交叉最为简便,本文采用非均匀线性交叉[8]。设父代个体为X1t和X2t,则交叉后产生子代个体为:
其中,t为当前进化代数;c为比例因子,其取值在(0,1)之间随机产生。
变异算子的作用是保证种群一定程度的多样性,实数变异需要选择一定步长在父代个体的基础上进行加减运算。本文采用高斯变异算子[9],子代个体的计算公式为:
其中,N(0,σ)为高斯分布,σ为方差。为了使变异步长随遗传代数的增加而减少,本文将σ设定为动态参数σ(t),即:
其中,T为遗传代数。
2.2 初始种群均匀设计
SGA的初始种群是随机产生的,这种方法容易造成初始种群多样性较小,不利于种群进化,从而导致过早收敛。因此,在无法预知最优解具体区域的情况下,应该使初始种群的个体均匀分布在解空间中,使种群具有较好的多样性,从而降低种群过早收敛或陷入局部最优的概率。本文采用均匀设计方法构造初始种群,先构造均匀设计表[10],再根据设计表构造初始种群。若需要辨识的参数有n个,如果设定种群大小为m,则可以构造一个n因素m水平的均匀设计表,使初始种群个体以散点形式均匀分布在n维空间中。
2.3 概率适应性选择
交叉概率Pc和变异概率Pm对GA的性能有重要影响,在SGA中通常以经验法估算,具有很大的盲目性,且固定概率不适用于种群进化特征。为了提高GA收敛精度和速度,提出了Pc和Pm的适应性选择方法。Pc初值较大,后逐渐递减;Pm初值较小,后逐渐增大。概率调整曲线采用Sigmoid函数[11],其计算公式为:
其中,Pc1为初始交叉概率,Pc2为终止交叉概率;Pm1为初始变异概率,Pm2为终止变异概率;α为形状因子,设定为20;Ns为分界点,设定为0.25。采用此概率选择方法,能够适应种群进化前期收敛快而后期收敛慢的特征,提高GA搜索性能。
3 自校正控制算法
3.1 单步输出预测模型
由于主蒸汽温度具有大滞后特性,即在主蒸汽温度串级系统惰性区对象中存在纯延时d,因此要使输出方差最小,就必须提前d步预测输出量,再根据预测值来设计控制器参数。单回路最小方差自校正控制系统结构如图4所示[12]。
被控对象模型为受控的自回归滑动平均差分方程(CARMA)模型,用差分方程可以表示为:
其中,y(k)为系统输出;u(k)为控制量;ξ(k)为白噪声;d为对象纯时延;A(z-1)、B(z-1)和C(z-1)为被控对象和扰动对象的加权多项式。
k+d时刻预测输出记为则预测误差记为:
为使性能指标最小,d步预测输出出出出出程:
其中,各阶次分别为ne=d-1,ng=na-1,nf=nb+d-1。
3.2 广义最小方差控制律
广义最小方差自校正控制,在求解控制率的性能指标中引入控制量的加权项,从而抑制控制作用的剧烈变化[13],控制器目标函数设计为:
其中,E{}表示方差计算;y(k+d)、yr(k+d)分别为k+d时刻系统实际输出及期望输出;u(k)为控制量;P(z-1)、R(z-1)和Q(z-1)为实际输出、期望输出和控制量的加权项,分别具有改善闭环系统性能、柔化期望输出和约束控制量的作用。
在设计控制系统时,一般可取P(z-1)=1、R(z-1)=1和Q(z-1)=q0,从而在不影响控制精度和稳定性的前提下简化运算。q0需根据实际情况加以调节,q0过小则会失去对控制作用的约束,难以保证稳定性;q0过大则无法实现最优控制。使性能指标最小的广义最小方差控制率为:
3.3 基于GA的自校正控制流程
使用GA在线辨识模型参数时,采用递推修正策略,通过辨识修正项来更新模型参数,其原理为:
其中,为新参数;为旧参数;为参数修正项。该方法既可以改善辨识精度,又能降低对模型参数范围设定的要求。基于GA的自校正控制,在已知模型结构和阶次等条件下,首先利用GA在线估计模型参数,再以式(14)作为控制目标函数,通过广义最小方差率实现控制过程,具体流程如下。
步骤1设置初始值,包括模型初始参数θ赞(0)、遗传参数;输入初始数据,包括期望输出和白噪声等,并设置加权系数多项式P(z-1)、R(z-1)和Q(z-1)。
步骤2采样当前实际输出y(k)、期望输出yr(k+d)。
步骤3根据上次辨识结果估计参数范围,利用改进GA实时辨识参数修正项通过式(16)计算其过程分为以下几步:
a.采用实数编码方式编码修正项
b.采用均匀设计方法构造初始种群;
c.计算种群各个体的适应度值
d.对种群进行选择、交叉和变异操作,以进化到下一代群体P(t+1);
e.如果达到最大进化代数,则完成搜索得到最优解,否则返回步骤c。
步骤4根据参数辨识结果求解丢番方程式(12)、(13),得到多项式E、F、G的系数。
步骤5利用式(15)计算控制量u(k)。
步骤6令k=k+1,返回步骤2,循环计算。
对于主蒸汽温度串级系统,主、副回路采用相同流程进行控制,通过反复迭代计算,辨识不同工况下的对象模型,并根据所获模型参数调整控制器参数,从而最终实现对主蒸汽温度的稳定控制。
4 主蒸汽温度控制仿真
锅炉主蒸汽温度被控对象模型可以用多容惯性传递函数表示,当阶次较高时,也可以用带纯迟延的一阶惯性传递函数替代。仿真试验采用某600 MW超临界机组在不同工况下的主蒸汽温度模型[14](如表1所示),包括惰性区和导前区2个部分,其模型结构可以表示成式(17)、(18)形式[15]。
其中,K、T、τ分别为惰性区对象模型的比例系数、时间常数和延迟时间;K2和T1、T2分别为导前区对象的比例系数和时间常数。控制过程是将传递函数转化为差分方程形式后,对方程系数进行辨识,以便在计算过程中直接利用辨识结果。
使用改进GA辨识被控对象模型时,需要现对GA部分参数进行设置,以保证模型参数辨识过程具有较好的收敛精度和速度。鉴于控制过程中数据样本数量较少和在线控制对速度的要求,本文在大量实验基础上确定了GA参数设置如下:种群大小P=20;进化代数G=40;选择压力Sp=1.6;初始交叉概率Pc1=0.6,初始交叉概率Pc2=0.9;初始变异概率Pm1=0.01,终止变异概率Pm2=0.1。
将改进GA应用于模型辨识单次测试,采用37%负荷下的惰性区模型,构造随机扰动下的数据样本,样本长度l=289,采样周期为1 s,并与SGA辨识结果进行比较。图5反映了改进GA和SGA在进行一次辨识时的目标函数进化曲线。从图中可以看出,改进GA比SGA更快找到最优解,且搜索到的目标值更好,即改进GA具有更好的收敛速度和收敛精度。
仿真试验分无噪声和有噪声2种条件进行,采用时间长度为8000 s的单位阶跃输入,采样周期为1 s,有噪条件下,在主、副回路均引入期望为0、方差为110-4的白噪声。对象模型采用37%、50%、75%、100%4组不同负荷下的模型,以模拟实际控制中模型随负荷变化的过程,每段负荷持续2000 s,并通过阶跃变换对负荷进行切换。考虑到现场锅炉启动时主蒸汽温度并非从0开始上升,且初始状态调节过程复杂,为尽可能模拟实际情况,仿真试验仅分析稳定运行后的调节过程和工况切换过程。
模型辨识前需对CARMA模型系数初值和修正项范围进行设定,且初值设定宜较小。主回路为一阶模型,系数初值设为a1=0.001,b0=0.001,c1=0,系数对应修正项范围均设为[-0.01,0.01],初始延迟时间d设为10,修正项范围设为[-10,10];副回路为二阶模型,系数初值设为a1=a2=0.001,b0=b1=0.001,c1=0,对应修正项范围均设为[-0.01,0.01],延迟时间d=1不参与辨识。建立好初始条件后,采用改进GA实时辨识模型参数,并结合广义最小方差率完成主蒸汽温度的自校正控制过程,同时采用基于SGA的自校正控制进行对比分析,无噪和有噪条件下的仿真结果分别如图6、7所示。
从图6可以看出,无噪声扰动条件下,采用基于改进GA的自校正控制比基于SGA的自校正控制具有更稳定的控制过程,负荷切换时具有更短的调整时间,各阶段最大动态偏差也更小。改进GA在2000 s、4 000 s、6 000 s 3处切换点,恢复到稳定状态的调节时间分别为523 s、228 s、137 s,最大偏差分别为4.99%、5.88%、4.43%;SGA的3处切换点调节时间分别为873 s、1 029 s、982 s,最大偏差分别为4.99%、5.94%、6.04%,即基于改进GA的自校正控制具有更强的状态恢复能力,更能适应模型变换的影响。
从图7可以看出,有噪声扰动条件下,采用基于改进GA的自校正控制比基于SGA的自校正控制具有更小的误差。仿真过程中,改进GA的累积方差为29.8820,均方差为0.003 7;SGA的累积方差为81.778 9,均方差为0.010 2。可见,基于改进GA的自校正控制具有更强抗干扰能力。
根据仿真分析结果可知,基于改进GA的主蒸汽温度自校正控制具有更快的响应速度,输出曲线变化趋势更为平稳,在控制过程的各阶段都实现了稳定控制,虽然在模型切换时超调增加,但又迅速回到了稳定状态,没有出现较大波动。而基于SGA的主蒸汽温度自校正控制,其调节品质相对较差,容易出现超调或者调节不足的情况。因此,采用本文所提改进GA进行主蒸汽温度自校正控制具有更好的调节品质,更能满足大型火电机组主蒸汽温度的实际控制需求。
5 结语
锅炉主蒸汽温度控制 第4篇
燃煤机组主蒸汽温度变化对机组安全性、经济性的影响比主蒸汽压力变化时的影响更为严重。所以,对主蒸汽温度的测量要特别重视。对于300MW机组,通常只允许主蒸汽温度比额定温度偏差±5℃左右。当主蒸汽温度升高时,主蒸汽在汽轮机内的效率和热力系统的循环热效率都有所提高,热耗降低,使运行经济效益提高。但是主蒸汽温度升高超过允许值时,对设备的安全十分有害。而当主蒸汽温度降低时,若要维持现有负荷,必须开大调速汽阀的开度,增加主蒸汽的进汽量,这样就会影响机组的经济性和稳定性,同时也会威胁机组的运行安全。
茂名臻能热电有限公司一台300MW机组在运行中出现锅炉侧主蒸汽温度值比汽机侧主蒸汽温度值偏低的现象,通过更换测温元件等多方努力,仍然未成功解决问题。如今在一次大修及综合升级改造期间,再次认真仔细地排查,最终找到了存在偏差的真正原因,并进行了故障处理。本次大修及综合升级改造后,机组正常运行时两侧的主蒸汽温度参数都达到了理想的效果。
1系统概况及存在问题
锅炉型号为N300-16.7/537/537-8,是亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉。锅炉侧管道45550,汽机左右侧管道27331。机组能否稳定、安全、可靠运行,直接关系着发电厂的社会效益和经济效益。为了更好地对锅炉主蒸汽、汽机主蒸汽管路进行全程监视,在锅炉侧主蒸管道上安装了4支K型热电偶,汽机左右侧主蒸汽管道上各安装1支K型热电偶,6支热电偶利用热套式保护管置于主蒸汽管道内,外接两端均为外螺纹的延长套管,热电极为可动卡套铠装热电偶,型号为WRNK2-23,5、L=5m。锅炉侧的其中3支热电偶通过补偿导线和中间接线柜进入电子间DCS柜,另外1支通过补偿导线连接进BTG盘二次仪表显示,汽机侧直接通过补偿导线进DCS控制柜。DCS采用新华的控制系统,热电偶接入TC端子板,热电偶冷端补偿采用的是Pt100热电阻测 量的机柜环境温度。现 在进入DCS的锅炉侧的温度与汽机侧的温度存在5~10℃不等的偏差,且存在锅炉侧温度低于汽机侧温度的现象。锅炉侧的4支热电偶温度波动大,彼此之间也存在偏差,这严重不符合机组正常运行时主蒸汽温度参数的要求,也严重影响着机组的安全稳定运行。为了机组的安全运行,提高经济效益,这一故障必须趁早排除。
2故障排查
(1)对锅炉侧和汽机侧共6支K型热电偶进行检查,发现锅炉侧温度1热电偶电极插入深度不够,未插入到保护套管的底部。并经查实,该热电偶正是锅炉侧彼此偏差最大的一支。
(2)检查补偿导线的选型正确,连接正确,使用环境满足要求,排除了补偿导线引起偏差的可能。
(3)将锅炉侧和汽机侧就地的6支热电偶全部拆下,用管式炉进行校验,结果6支热电偶全部合格,此时可以排除测温元件本身的问题。
(4)由于电子间长期开有空调,环境温度比较稳定,于是就在DCS柜内端子板上加同样的毫伏标准信号,结果CRT画面上显示的锅炉侧温度仍然低于汽机侧,且相差4~5℃,这样控制柜内必然有问题存在。
(5)汽轮机和锅炉侧主汽温度信号送到DCS时不在同一个控制柜内,于是就怀疑冷端补偿用的热电阻Pt100所测的冷端温度可能存在差异,立即查看逻辑组态,发现锅炉侧的热电阻Pt100所测量的温度低于汽机侧的温度。
3故障处理
(1)在锅炉和汽机侧都更换新的热电偶,锅炉侧选用上海方欣实业有限公司生产的,型号为WRN02-231、Ⅱ级、L=500mm、测温范围为0~800℃的铠装热电偶。汽机侧选用上海方欣实业有限公司生产的,型号为WRN02-231、Ⅱ级、L=800mm、测温范围为0~800℃的铠装热电偶。安装时认真仔细,保证各支热电偶均插入到热套管底部,这就排除了锅炉侧电极安装时因插入深度不够导致测量不准的情况。在安装时自始至终多次检查各支安装情况,保证热电偶元件在高温高压蒸汽管道上的安装符合标准。
(2)分别检查汽轮机和锅炉侧主汽温度信号所送到的DCS柜内RTD端子板所接入的冷端补偿时,发现汽机侧热电阻Pt100接线处有少许锈迹,这必然也会影响到测量结果。于是处理干净热电阻引线上的锈迹,更换为备用通道接入热电阻,加同样的标准信号后发现还有2℃的偏差。
(3)为将偏差降低到最小,甚至排查出因外在因素引起的偏差,继续查找原因。通过以上处理后,将存在的问题进行了认真分析,现在的偏差问题就应该存在于后面的端子板和AI卡件上。于是就更换了新的RTD端子板,重新恢复后发现偏差已经降低到了0.5℃左右。考虑到补偿元件不在同一控制柜内,各个环节情况不完全相同,此偏差不会影响到机组的安全运行,且是比较理想的处理结果,这就消除了主蒸汽温度锅炉侧比汽机侧低的情况。
(4)在长期运行中,各种元件都会有不同程度的老化,DCS柜内的端子板和卡件也不例外。锅炉侧主蒸汽温度在运行中较汽机侧波动大,为解决这一问题首先得检查安装现场以及线路是否受到干扰。通过检查,未发现有任何干扰源存在。这就又回归到了DCS系统,柜内的部件也会导致此现象的发生,于是就更换了对应的TC端子板和AI卡件。
4运行情况
在长达3个月的大修及综合升级改造期间,相关工作人员为解决这存在已久的疑难问题付出了巨大的努力,花费了大量的时间和人力物力。机组从300MW扩容到330MW后投入了运行,在各负荷阶段,锅炉侧和汽机侧主蒸汽参数运行良好,且锅炉侧略高于汽机侧3~5℃,这完全符合机组正常运行情况和热量学的科学依据。更换的锅炉侧接入主蒸汽温度对应的TC端子板和AI卡件也取得了良好的效果,温度的波动问题得到了真正的解决。
5结语
核电主蒸汽隔离阀控制原理浅析 第5篇
一、工作原理
福清核电站1号机组MSIV采用美国Flowserve公司生产的气液两动驱动的双闸板楔形闸阀,阀体与主蒸汽系统管道焊接在一起,在三列管道上各安装一台。在电厂正常运行期间MSIV保持开启,当出现快关信号时,阀门在5s内快速关闭,从而实现对主蒸汽的隔离。
MSIV通过本体上一系列电磁阀、分配阀的相互配合,利用油压驱动MSIV开启;在氮气压力作用下通过控制油回路的泄油速度来使MSIV以不同的方式关闭。
二、基本结构
MSIV的主要结构及控制设备主要部件包括(以1号MSIV为例):(1)氮气储罐:位于MSIV顶部,圆球状,内充高压氮气,在MSIV关闭时压力约为1011Mpa,完全开启时,氮气压力约为15Mpa。(2)储油箱:位于MSIV中部,充入阻燃油。为控制回路提供液压油、存储液压缸中的泄油。(3)液压缸:位于MSIV中下部,当阀门开启时,气动油泵将阻燃油泵入液压缸。(4)供气电磁阀211EL:得电时打开气动油泵的供气,失电时关闭供气。(5)气动油泵:气源接通后,气动油泵将储油箱中的液压油泵入控制油回路。(6)液压分配阀电磁阀251/271EL:液压分配阀251/271DR上的电磁阀,得电时对应的DR打开,失电时关闭。(7)试验电磁阀261/281EL:试验分配阀261/281DR上的电磁阀。(8)试验分配阀261/281DR:当261/281EL失电且有油压的情况下,对应的DR全开(可快速泄油),当261/281EL得电且有油压时对应的DR处于试验位置(可慢速泄油)。
三、工作方式
(1)开启。MSIV开启指令由操作员在主控画面或后备盘(BUP)上发出。指令发出后,在各个电磁阀及分配阀配合下,MSIV逐渐开启。开启行程约需5～6分钟。(2)局部关闭。局部关闭试验为定期试验,目的是在阀门全开的情况下,通过局关试验来检查对应列的电磁阀及分配阀的动作是否正常。若动均正常,在试验开始后,阀门将会在关闭至90%开度后停止关闭,然后自动打开。局部关闭试验分为A、B两列,A列局关试验检查A列EL/DR及211EL,B列局关试验检查B列EL/DR及211EL。(3)正常关闭。同开启一样,MSIV的正常关闭指令也在主控画面或BUP上发出。指令发出后,在各个EL及DR的配合下,阀门逐渐关闭。关闭行程约需1～2分钟。(4)快速关闭。快速关闭信号有两个,一是来自反应堆保护系统(RPR)产生的蒸汽隔离信号,二是来自应急控制盘(ECP)上快关按钮发出的快关命令。蒸汽管线隔离信号和快关命令均分为A、B两列。从产生快关信号起,阀门将在5秒内完全关闭。
四、MSIV动作过程
1、开启。
MSIV收到阀门开启指令后,首先251/271EL失电,251/271DR处于关闭位置,此时泄油通道被关闭;然后261/281EL失电,261/281DR全开位;261/281DR全开是为了保证在MSIV开启过程中若出现快关信号时,可以通过211EL及251/271EL、DR的动作使控制油回路快速泄油,保证MSIV可快速关闭。最后211EL带电,使气动油泵得气启动。将储油箱中的阻燃油泵入液压缸,使液压缸中压力逐渐升高。当液压缸中油压大于上部氮气储罐中氮气压力与阀门闸板自重压力之和时,阀门将逐渐开启。当阀门完全开启,油压达到一定值后,气动油泵自动停止转动。
2、局部关闭。
以A列局关试验为例来说明阀门动作过程:首先在主控进行A列局关选择SELECT操作,此时261EL得电,261DR处于试验位置;然后在主控进行A列局关试验TEST操作,此时251EL得电,251DR全开;211EL失电,关闭气动油泵的气源。液压缸中的油通过251DR及261DR缓缓泄至储油箱,阀门逐渐关闭;当阀门关闭至90%开度时触发90%开度限位开关,局关试验信号被复位。此时251EL失电,251DR关闭,液压缸中的油停止泄出;同时211EL得电,气动油泵得气将储油箱中的阻燃油泵入液压缸,阀门开启。当MSIV完全开启之后,261EL失电,261DR全开。最后在主控画面选择试验复位按钮来对局关试验进行复位,局关试验结束。
3、正常关闭:
收到正常关闭命令时,首先261/281EL得电,261/281DR处于试验位置;然后211EL失电,关闭气动油泵的气源。接着251/271EL得电,251/271DR全开。此时液压缸中的油通过全开的251/271DR及261/281DR缓缓泄至储油箱。在氮气与逐渐减小的油压的相互作用下,阀门逐渐关闭;
4、快速关闭:
以A列快关为例来说明阀门的动作过程:当A快关信号出现时:251EL得电使251DR全开;261EL失电使261DR全开;211EL失电,关闭气动油泵的气源。此时液压缸中的油通过全开的251DR及261DR快速泄至储油箱。在高压氮气与快速降低的油压的共同作用下,阀门将在5s内快速关闭。
五、小结
在后续的福清2号及海南核电项目中,MSIV的型号及控制均与福清1号机组一致。因此,本文对MSIV的控制原理和工作方式所进行详细的分析,对于后续其他机组MSIV的调试和维护,具有一定的学习和参考意义。
摘要：本文结合福清核电1号机主蒸汽隔离阀的实际,首先介绍了阀门基本结构,说明了其主要控制部件的作用。然后对四种工作方式进行了简介。接着详细分析了四种动作方式下各部件的动作顺序及过程。论文对于其它核电机组主蒸汽隔离阀的调试维护,具有一定的意义。
关键词：核电,主蒸汽隔离阀,控制原理
参考文献
工业蒸汽锅炉热工燃烧自动控制 第6篇
一、锅炉燃烧时的调节系统
调节系统在蒸汽锅炉热工燃烧时有着很大的辅助作用, 能够为燃烧环节提供必要的环境, 协调好每个步骤的有序进行。虽然目前工业中选择的燃烧调节系统不一样, 但在使用时都是为了达到自动化协调目的, 工业锅炉热工燃烧自动控制作用包括:
1、压力方面。
蒸汽锅炉热工燃烧的压力控制主要针对汽压而言, 通过调节系统可以保持汽压的稳定运行。在燃烧时不会出现不均衡状态, 防止示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量相互异常。
2、燃烧方面。
普通控制操作下工业热工燃烧都不全面, 这些都造成大量燃料的浪费。但运用协调控制系统后, 可时刻控制锅炉内的燃烧情况, 及时输送相应的燃料创造更大的燃烧效果。
3、风量方面。
对于锅炉内的调节引风量与送风量可适当调节, 保持两者处于均衡状态而防止各种燃烧问题。特别是对炉膛压力能持续处于稳定状况, 这对锅炉燃烧自动化有着重要的作用。
二、锅炉自动化控制的构成
从现实使用情况看, 当前蒸汽锅炉热工自动化的燃烧主要包括了几个不同的层面, 每个层面之间都可以共同合作运行以保证锅炉内的燃烧效果。自动化控制系统的具体构成包括:
1、管理层。
主要负责锅炉燃烧的各个环节, 对于一些实用技术、数据信息、报警故障等都能产生及时的调控作用。管理层是整个自动化控制的总指挥, 能协调好不同环节的操作稳定性。
2、控制层。
对于自动化控制系统中传输出来的数据信号, 控制层能按照标准操作控制。在控制过程中常会借助于相应的控制装置及原理, 见图一。而模拟量模块、智能PID调节仪等提高了调节效果。
3、设备层。
自动化控制的实现必须要依赖于各种设备, 这样才能真正加强自动化控制操作。设备层运用到了不同的设备装置, 通常有断路器、交流接触器、压力变送器等, 为自动化控制提供了基础。
三、微型计算机运用于锅炉热工燃烧
实现“人机操作”是蒸汽锅炉自动化控制的必经过程, 现代工业技术中将微型计算机运用于控制系统, 这样不仅降低了人员控制的难度, 还能技术发现控制系统的不同问题, 保证了自动化技术的顺利实施。
1、自动计算。
对于锅炉燃烧时运用到的一些参数, 自动化控制系统能够及时准确的计算, 从而得出需要控制的参数变量。例:结合出口压力调节鼓风机变频控制器频率就可自动对鼓风量有效调控等。
2、调整转速。
自动化选择最合适的风煤比对炉排转速调整, 使得锅炉燃烧的发热量处于最佳状态, 这样对于锅炉内的燃烧控制就起到了很好的调节作用, 有助于新型工业生产的需要。
3、检测系统。
检测系统是自动化控制的一个组成部分, 运用微型计算机的检测系统能对蒸汽锅炉热工燃烧的各个环节实现控制。如:汽包水位、给水流量、给水压力等都是控制的主要对象。
4、综合处理。
微型计算机的综合处理功能体现在各个方面, 一般可对给水阀位、风机频率、炉排转速等实施有效控制。这对于现代化工业生产都有着很好的调控作用, 满足了工业生产的需要。
四、结论
现代工业技术的广泛发展使得蒸汽锅炉热工燃烧的技术改进得到了关注, 自动化控制系统是工业技术中的重要组成, 对于我国现代化控制系统的运用有着重要的意义。因而, 在今后的工业生产中需广泛采取这一技术。
摘要：现代化各类技术的广泛运用使得工业蒸汽锅炉逐渐朝着自动化方向发展, 这不仅对锅炉的控制系统提出了更高的要求, 也对操作人员的实践技能提出了标准化的操作, 对于工业生产都是很有意义的。针对这一点, 本文重点分析了工业蒸汽锅炉燃烧自动控制的相关问题。
关键词：工业锅炉,热工燃烧,自动控制,分析
参考文献
[1]黄少娟.现代工业生产技术存在的问题与改进[J].电力生产技术, 2009, 22 (10) :56-57.
[2]周学友.新时期工业锅炉热工燃烧的自动化更新[J].现代工业生产, 2008, 28 (3) :18-20.
蒸汽锅炉汽包水位的自动控制 第7篇
关键词：锅炉,液位,调节,控制
0 引言
随着现代化工业的飞速发展,对能源利用率的要求越来越高,作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉,其控制和管理随之要求越来越高。由于电站锅炉锅筒属于在高温高压运行的密闭性容器,受其温度、压力的影响,汽包水位的测量经常出现假值,不能真实地反映水位的实际变化情况。汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,按照锅炉操作规程上讲,正常情况下锅炉的水位必须投自动,出现事故或者其他紧急事故时可切断到手动位置上,但是蒸汽负荷突然增加或减少时会造成自动不稳。这就会对我们操作人员和专业工程师提出更高的要求。为有效利用转换废热,降低消耗,减低劳动强度,有利于整体工艺稳定,要求汽包液位自动控制,正常生产时波动应小于±5%[1]。
1 锅炉液位控制原理
当蒸汽的耗气量与锅炉进水量相等时液位保持正常值。当锅炉的给水量不变,而蒸汽负荷突然增加或减少时,液位就会下降或者上升;或者当蒸汽负荷不变,而给水管道水压发生变化时,引起锅炉液位发生变化。不论出现哪种情况,只要实际液位高度与正常液位之间出现了偏差,调节器均应立即进行控制,去开大或关小给水阀门,使液位恢复到给定值[2]。见图1和图2。
2 引起锅炉液位变化的参数
影响水位变化的主要因素有以下几点:
a)锅炉负荷变化对水位的影响。汽包水位是否稳定,首先取决锅炉负荷及蒸发量的变动量及其变化速度。因为负荷变化不仅影响蒸发设备中水的消耗量,而且还会造成压力变化,引起锅炉水状态的变化。当负荷变化缓慢,锅炉的燃烧调整和给水调整配合较好时,水位变化是不明显的。但当负荷突然变化时,水位会迅速波动;
b)炉内燃烧工况对水位的影响燃烧工况的改变对水位的影响也很大。在机组负荷不变的情况下,强化燃烧时,水位将暂时升高,然后又下降;燃烧减弱时,水位将暂时降低,然后又升高。这是由于燃烧工况的改变使炉内放热量改变,因而引起工质状态发生变化的缘故;
c)给水压力变化对水位的影响。给水压力变化时,将引起给水量变化,破坏给水量与蒸发量的物质平衡,引起汽包水位的波动。如给水压力增加时,给水量增加,水位上升;给水压力降低时,给水量减少,水位下降。
此外,仪表信号不准确、锅炉的定期排污等都会引起锅炉液位的变化。
3 几种锅炉汽包水位的控制方案
PID调节蒸汽出口阀可以很好的控制汽包压力。开车正常后波动范围不大,可以不考虑。转化负荷波动、出预热器锅炉给水温度变化、锅炉负荷波动、排污量变化这几个因素对汽包液位的影响必须考虑。
汽包水位主要有3种控制方案。
3.1 单冲量控制系统
单冲量控制系统(冲量一词指的是变量,单冲量即汽包液位)是采用汽包液位直接控制给水调节阀。该系统结构简单,投资少,容易实现,用于小型低压锅炉。因为这种锅炉的蒸汽负荷比较稳定,汽包的相对容积大,用户对蒸汽的要求往往不十分严格,该控制系统若再配上一些报警联锁装置,也可以满足生产要求。
在停留时间较短,负荷变化较大时,就不能采用单冲量液位控制系统。
3.2 双冲量控制系统
在汽包的水位控制中,最主要的扰动是负荷的变化,那么引入蒸汽流量来校正,不仅可以补偿“虚假液位”所引起的误动作,而且使给水调节阀的动作及时,这就构成了双冲量控制系统。从本质上看,双冲量控制系统是一个前馈(蒸汽流量)加单回路反馈控制系统构成的复合控制系统。当蒸汽流量加大时,给水流量亦要相应增加,此时选用气开阀,加法器的输出应增加,即应该取正号[3]。
双冲量控制系统有2个缺点:a)调节阀的工作特性不一定完全是线性,这样要做到静态补偿就比较困难;b)对于给水系统的扰动不能直接补偿。
为此将引人给水流量信号,构成三冲量控制系统。
3.3 三冲量控制系统
三冲量指的是:汽包水位、蒸汽流量、给水流量。量程范围可以随机设定。汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成;
4 控制方案的确定
35 t的锅炉最终选用三冲量控制系统,调节器选用三冲量调节仪。系统中配上一些报警联锁装置。在这里主要说明2点内容:
4.1 调节器控制参数主要有3个
a)比例带P:输出变化量与偏差成正比例(比例系数越大,反应速度越快,稳定性变差。比例系数越小,反应速度越慢,稳定性变好);
b)积分时间T:用积分时间表示积分作用,用以修正(上升或下降)偏差。Ti越大系统的稳态误差消除的越快,但Ti也不能过大,否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ti过小,系统的稳态误差将难以消除,影响系统的调节精度;
c)微分作用Td:是改善系统的动态性能,其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化,对偏差变化进行提前预报。但Ti不能过大,否则会使响应过程提前制动,延长调节时间,并且会降低系统的抗干扰性能。它主要适用于特性滞后较大的广义对象,如温度对象等。
但是,要保证锅炉水位自动平稳,需要一定的理论和经验。以下是我在这几年工作中积累的一点经验,供大家参考。
进行整定时先进行P调节,使I无效,观察液位变化曲线,若变化曲线多次出现波形则应该放大比例(P)参数,若变化曲线非常平缓,则应该缩小比例(P)参数。比例(P)参数设定好后,设定积分(I)参数,积分(I)正好与P参数相反,曲线平缓则需要放大积分(I),出现多次波形则需要缩小积分(I)。P=20%~80%,I=60 s~300 s,D=0当然在调的过程中要满足比例系数偏差。还应注意水、汽尽量平衡[4]。
4.2 关于测量信号接入调节器的极性说明
当信号值增大时要求开大调节阀,该信号标以“+”号;反之,当信号值减小时要求关小调节阀,该信号标以“-”号。在给水调节系统中,当蒸汽流量信号增大时,要求开大调节阀,该信号标以“+”号;给水流量信号增大时,要求关小调节阀,该信号标以“-”号;当汽包水位升高时,差压减小,水位测量信号减小,要求关小调节阀,则该信号标以“+”号。
5 结语
本文给出了锅炉汽包水位的自动控制方法,通过不同的控制方案以及他们的特性,能够很好的解决锅炉汽包水位控制中的“虚假液位”问题。在使用时,只需根据实际控制对象的规模、灵敏度、控制要求等参数选择合适的控制方案即可。并且设有液位连锁报警,保证了工业生产中的财产和人身安全。
参考文献
[1]胡寿松.自动控制原理[M].北京:北京科学出版社,2001.
[2]陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].北京:化学工业出版社,2000.
[3]张晓兵.胜利炼油三冲量控制的应用及其改进[J].数字石油和化工,2006(6):42-45.
锅炉主蒸汽温度控制 第8篇
一、PID控制
自从计算机进入控制领域以来, 用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统, 不仅可以用软件实现PID控制算法, 而且可以利用计算机的逻辑功能, 使PID控制更加灵活。余热锅炉蒸汽温度控制过程中, 数字PID控制是一种普遍采用的控制方法。将偏差的比例 (P) 、积分 (D) 和微分 (D) 通过线性组合构成控制量, 对被控对象进行控制, 故称PID控制器。在各种新控制理论不断出现的今天, 经典PID控制仍占有很大比例。在模拟控制系统中, PID控制系统原理框图如图1所示。
PID控制器是基于偏差的线性控制器, 其控制规律可表示为
式中Kp为比例增益, T1为积分时间常数, TD为微分时间常数, e (t) 为给定与输出的偏差。
PID控制器各环节的作用如下:
(l) 比例环节Kpe (t) 成比例地反映控制系统的偏差信号e (t) , 偏差一旦产生, 控制器立即动作, 减小偏差。Kp越大, 则过渡过程越短, 控制结果的稳态误差也越小;不过Kp越大, 越容易产生超调, 导致动态性能变坏, 甚至使闭环系统不稳定。
(2) 积分环节KP0te (t) dt/T1:主要用于消除静态误差, 但是, 积分部分具有滞后性, 积分控制作用太强会使系统超调加大, 控制的动态性能变差, 甚至引起闭环系统的振荡。积分时间T1对积分作用很大。当T1较大时, 则积分作用较弱, 有利于系统减小超调, 过渡过程不易产生振荡, 但是静差消除时间较长;当T1较小时, 则积分作用较强, 这时系统过渡过程中有可能产生振荡, 但静差消除时间较短。
(3) 微分环节KPTDde (t) /dt:反映偏差信号的变化趋势, 由于微分的作用, 相当于提前给了一个控制作用, 减少了调节时间。微分部分的作用强弱由微分时间TD决定。TD越大, 则它抑制e (t) 变化的作用越强, TD越小, 它反抗e (t) 变化的作用越弱, 此外微分环节对系统的稳定性有较大影响。
由于计算机控制是通过采样进行控制的, 即根据采样瞬间的偏差值来计算控制量, 所以需要对连续PID控制算法进行离散化处理。
为了便于计算机实现把变为差分方程, 并可做如下近似:
式中, T为采样周期, k为采样序号。由 (1) , (2) 可得出数字PID位置控制算式为:
式中KP称为比例增益, K1=KPT/T1称为积分作用系数, KD=KPTD/T称为微分作用系数。由式 (3) 可看出, 位置型控制算式不够方便, 这是因为要累加偏差e (i) , 不仅要占用较多的存储单元, 而且不便于编写程序, 为此可对式 (3) 进行改进。根据式 (3) 可以写出u (k-1) 的表达式, 即
将式 (3) 和式 (4) 相减, 即得数字PID增量型控制算式为:
增量型控制算法不需要做累加, 控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关, 计算误差或计算精度问题, 对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去的误差的累加值, 所以容易产生大的累积误差。
在余热锅炉蒸汽温度控制过程中, 被控对象随着复合变化或干扰因素影响, 其对象特性参数或结构发生改变。常规的PID控制算法, 参数一旦设定好以后, 在整个控制过程中固定不变, 这就给控制带来了一定的限制, 因为采用固定不变的PID参数去控制具有众多干扰且参数时变的系统, 将难以获得良好的控制性能。
二、模糊逻辑控制
模糊逻辑控制简称模糊控制, 是以模糊语言变量、模糊集合论、模糊逻辑推理为基础的计算机控制技术。LA.zadeh在1965年创建了模糊集合论年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年, 英国的EH.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器, 并把它用于锅炉和蒸汽机的控制, 在实验室获得成功, 这一成功的例子标志着模糊控制论的诞生。经过近二十多年的发展, 模糊控制己成为自动控制领域中一个重要的分支, 广泛应用于家电、工控行业。
模糊控制系统主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法, 它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来, 建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型, 是智能控制的一个重要研究领域。从信息技术的观点来看, 模糊控制是一种基于规则的专家系统;从控制系统技术的观点来看, 模糊控制实质上是一种非线性控制, 从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论, 又有着大量实际应用背景。
模糊控制属于计算机数字控制的一种形式, 其方框图如图2所, 一般分为四个组成部分:模糊控制器、输入/输出接口装置、被控对象和传感器。
模糊控制的优点在于不需要建立精确地数学模型, 而是运用模糊理论、专家知识将人的经验知识、思维推理判断, 通过模糊控制器用语言控制来实现控制过程。模仿人的控制行为, 为使用模糊控制技术, 必须把偏差及偏差变化率的精确量转变为模糊集, 然后输入给模糊算法器进行处理, 模糊算法器输出的控制量又是一个模糊集合, 再经过模糊判决, 给出控制量的确切值, 去控制余热锅炉蒸汽温度。
综合上述对PID控制和模糊控制的分析, 可以看出PID控制静态响应好、可消除稳态误差, 同时模糊控制具有动态响应快、鲁棒性好及对系统适用性好的优点。因此, 考虑将两种控制方法结合起来设计模糊PID控制器以充分利用它们各自的优势。
三、模糊PID控制方法研究
1、模糊PID双模控制器
模糊PID双模控制器原理图如图3所示。它是根据系统偏差e的大小来选择应用模糊控制还是PID控制, 实现模糊控制和PID控制的无扰切换。在控制器中设定偏差阈值e0, 当偏差e大于阈值e0时, 采用模糊控制实现快速响应并提高控制系统的适应性;在偏差e小于阈值e0即将进入稳态时采用PID控制, 可以消除静态偏差并减小系统超调[5, 6]。
从其原理分析来看, 该控制器可以同时兼顾控制系统的动态特性和静态特性, 在偏差大时以动态性能为主, 偏差小时以静态性能为主, 具有响应快、静态偏差小的优点。
2、模糊PID综合控制器
模糊PID综合控制器是将模糊控制算法和PID控制算法采用并联的形式, 即将偏差e分别加到模糊控制和PID控制的输入端。PID运算和模糊逻辑运算同时进行, 然后对两者的输出量根据加权系数 (K1, K2) 进行加权, 作用至被控对象, 其原理如图4所示[7]。
该控制器类似冗余控制, 具有稳定性好、可靠性高的优点。每个控制器在整个控制中所起的作用由权重因子K1和K2进行调节。控制器可以在保证较高可靠性的前提下, 较好的兼顾控制器的动态和静态性能。
3、模糊自适应PID控制器
模糊自适应PID控制是利用模糊逻辑对PID的控制参数进行在线自调整的控制方法, 原理如图5所示。实现思想是找出PID参数与偏差e和偏差变化率ec之间的模糊关系, 再根据模糊控制规则对参数进行在线修改, 以满足不同e和ec时刻对控制器参数的不同要求, 使被控对象具有良好的动、静态性能[8, 9]。
针对温度场的控制特点, 控制参数的整定方法如下:
当|e|较小时, 为使系统具有良好的稳态性能, Kp与Ki均应取得大些, 同时为避免系统在设定值附近出现振荡, Kd应取适当值;
当|e|中等时, 为使系统有较小的超调, Kp应取得较小些, Ki取较大值, Kd要适当取值;
当|e|较大时, 为了加快系统的响应速度, 应取较大的Kp与较小的Kd, 同时为了防止积分饱和, 避免系统响应出现较大的超调, 应对积分作用加以限制, 通常取Ki=0;
由Kd作用于|ec|, 所以其值要根据|ec|的大小来进行确定:当|ec|值较小时, Kd取较大值;当|ec|值较大时, Kd取较小值;一般来说Kd为中等大小。
此控制器中的模糊逻辑部分采用双输入三输出 (偏差e和偏差变化ec作为输入, PID控制中的参数kp, ki, kd的变化为输出) 的结构, 按上述规则编制模糊控制规则, 实现控制过程中PID控制的自适应。
对于余热锅炉蒸汽温度这一控制对象, 采用Fuzzy-PID复合控制方式, 可以取得很好的控制效果, 其特点主要是超调小、调节时间短、系统很快进入稳态、控制精度高、无稳态误差、抗干扰能力强, 可望在实际系统中得到良好的应用效果。
结束语
模糊控制是一种针对改善控制速度的有效方法, 基于专家经验和实际情况而得出的模糊控制规则来设计的控制器可以模拟人为控制策略, 使原来一些复杂的、无法用数学模型精确表达的工业生产过程得以控制。PID控制相比之下较依赖控制对象模型, 在适应性方面性能一般, 但在稳态精度方面具有优势。将两者有机结合, 发挥两者各自的优势可以在温度场稳定控制中达到良好的控制效果。实现了对蒸汽温度的控制, 改善了调节品质, 改善调节阀的工作条件, 减少了操作工的劳动强度, 使工艺的稳定性增强, 保证了余热锅炉的安全运行。
摘要：蒸汽温度是影响余热锅炉安全运行的重要参数, 为了保证余热锅炉的正常运行, 要针对余热锅炉的特点, 设计控制系统, 使出口蒸汽温度维持在一个设定值。而温度场是一个大惯量、纯滞后、分布参数的被控对象, 无法建立精确的控制数学模型, 常规的PID控制无法对其进行精确控制。本文引入模糊控制理论并与PID控制方法相结合, 实现了对余热锅炉蒸汽温度的良好控制。
关键词：余热锅炉,蒸汽温度控制,模糊控制,PID控制
参考文献
[1]宋红卫:《吹风气回收余热锅炉蒸汽温度控制》, 《科技情报开发与经济》, 2011, 21 (27) 218-219。
[2]刘金锟:《先进PID控制Matlab仿真》, 电子工业出版社, 2004年。
[3]章卫国主编:《先进控制理论与方法导论》, 西北工业大学出版社, 2000.4。
